Описание и разновидности датчиков звука, как сделать своими руками

Устройство и принцип действия

Датчик звука для автоматического включения света представляет собой микросхему, главные компоненты которой — аудиоприемник, усилитель, электрореле и контроллер. Работает устройство по следующему принципу:

• В помещении, где установлен звуковой детектор, раздается звук (шаги, голос, хлопок).
• Аудиоприемник фиксирует акустическую волну.
• Возникающий сигнал проходит через анализатор.
• Далее посылается команда на замыкание электрореле.
• Электрический ток начинает поступать на лампочку — свет зажигается.
• Одновременно с этим подключается таймер на размыкание цепи (в зависимости от заданных пользователем настроек — от нескольких секунд до десятков минут).
• Пока свет горит, звуковой датчик фактически находится в отключённом состоянии и никак не влияет на работу системы подсветки.

Современные детекторы рассматриваемого типа обладают достаточно большой чувствительностью. Поэтому чтобы исключить ложное срабатывание в конкретном месте применения, необходимо выполнить правильную настройку по данному параметру.

Для этой цели на корпусе прибора есть два регулятора. Один из них устанавливает порог воспринимаемого звука. Другой программирует время работы светильника после включения. Как правило, предела в 50 дБ (что соответствует хлопку в ладоши) вполне хватает внутри помещения.

Оптико-акустический принцип действия

Оптико-акустический выключатель или светильник снабжен двумя датчиками: оптическим и акустическим. Оптический датчик реагирует на уровень освещенности в помещении и отключает лампу при достаточном естественном освещении. Акустический датчик реагирует на звуки, создаваемые человеком, например: шаги, закрытие или открытие двери, звон ключей, речь. При появлении в зоне действия шумов акустический датчик включает освещение на непродолжительное время. Этого времени достаточно, чтобы пройти, к примеру, от лифта до входной двери и открыть её. После истечения установленного времени и при отсутствии шумов в области реагирования датчика, лампа освещения отключается. При наличии шумов лампа освещения не выключается.

Разновидности

Акустические датчики включения света доступны рядовому потребителю в следующих модификациях:

1. Классические. Это стандартные модели с двумя регуляторами — звукового уровня и времени работы. Реагируют на любой шорох в зависимости от настроенного порога чувствительности.
2. Гибридные. Оптико-акустические. В приборах сочетаются два вида детектора — звуковой и датчик освещенности для включения света. Помимо стандартного режима работы — от звука, устройство включается в зависимости от уровня дневного света. Начинает функционировать только при наступлении сумерек или иных условий отсутствия естественного света.
3. С дополнительным сенсором движения. Благодаря этому лампочка зажигается не только при обнаружении звуковых волн, но и при попадании в сектор обзора двигающегося объекта – транспортного средства, человека, животного и так далее.

Каждая модификация имеет свои особенности, технические характеристики и нюансы эксплуатации. Это нужно учитывать при выборе прибора для конкретного места применения.

Также рекомендуем ознакомиться с реле управления светом, которое может использоваться не только отдельно, но и в комплекте с датчиком звука.

Другие виды датчиков для осветительных приборов

На акустических и оптико-акустических устройствах список полезных приспособлений не заканчивается. Есть и другие варианты для рассмотрения. Такие приборы называют датчиками движения.

Инфракрасные датчики

Эти устройства реагируют на тепловое излучение. Когда в радиусе действия появляется человек, свет включается, когда он уходит, подается команда на выключение. Инфракрасные датчики делятся на пассивные и активные приборы. Первые только сканируют тепловой фон, вторые генерируют излучение, анализируя сигнал, отражаемый предметами.

У инфракрасных приборов есть серьезные недостатки. Они являются узконаправленным оборудованием, которое должно охватывать всю зону. В некоторых случаях оптимальное место для этих датчиков найти попросту невозможно. Второй минус — большое количество ложных срабатываний на тепло, поступающее в дом с улицы, или идущее от радиаторов. По этим причинам инфракрасные датчики больше подходят в качестве уличного оборудования. Например, логична его установка около входной двери дома, у входа в подъезд.

Ультразвуковые, микроволновые устройства

Принцип работы этих устройств одинаков. В обоих случаях используется эффект Доплера: любой объект отражает волны.

1. Ультразвуковые приборы. Они «занимаются» излучением ультравысокочастотных волн, которые не воспринимаются людьми. Если в зоне отражения появляется человек, частота волны изменяется, а датчик срабатывает. Минусов у такого оборудования два: невысокая дальность действия, дискомфорт, который испытывают более чувствительные домашние животные.
2. Микроволновые датчики имеют аналогичный принцип действия, однако в этом случае «работают» радиоволны. Это самый нежелательный вариант. В списке минусов «микроволновок» сверхвысокочастотное излучение, небезопасное для всего живого, большой процент ошибочных срабатываний, а также самая высокая цена, если сравнивать ее со стоимостью других видов датчиков-«экономистов».

Акустический датчик не является прибором первой необходимости, однако тем хозяевам, которые мечтают сделать свой дом максимально удобным, «послушным», технологичным и экономичным, такое устройство придется по душе. После установки устройства для экономии электроэнергии вполне логично ожидать и другого преимущества — увеличения ресурса лампочек и осветительных приборов.

С ценами на акустические датчики можно познакомиться здесь:

В завершение темы — интересное видео, относящееся к ней:

Сфера применения

Акустический датчик для работы светильника применяется в следующих областях:

• В подсобных помещениях с редким появлением человека — кладовых, чердаках, подвалах, гаражах.
• В общественных местах — подземных переходах, подъездах, переулках.
• На промышленных и складских объектах.
• В больницах, поликлиниках и других медицинских учреждениях, когда использование выключателя противоречит требованиям санэпидемнадзора.
• В домах, квартирах, офисах в качестве системы умного дома.
• На охраняемых объектах и территориях — для отпугивания злоумышленников.
• На придомовом участке, даче, огороде.
• При необходимости объявления тревоги — на военных объектах, портах, базах.

При монтаже звуковых сенсоров в домашней обстановке достигается сразу несколько целей — повышение бытового комфорта, экономия электроэнергии и увеличение срока годности осветительных приборов.

Руководство к выбору

Чтобы правильно выбрать звуковой детектор включения и выключения света, рекомендуется соблюдать следующий ряд правил:

1. Уровень влагозащиты должен соответствовать условиям применения. Например, если сенсор планируется установить на открытом пространстве, то показатель должен быть не менее IP55, а при установке в бане, сауне, бассейне — от IP67.
2. Суммарная мощность подключаемых светильников. Детектор должен иметь несколько большую мощность, чем все подключаемые к нему лампочки.
3. Дальность действия — в зависимости от расстояния, на котором прибору требуется обнаруживать звук. Для комнат, коридоров, проходных — это всего несколько метров, для открытых пространств, залов — несколько десятков метров.
4. Наличие фотореле. Благодаря сенсору чувствительности света датчик будет включаться только при условии отсутствия естественного света — в темноте, сумерках, при закрытых шторах и так далее.

При выборе устройства не последнее место в списке критериев первостепенной важности занимает производитель. Во многом от этого будет зависеть и долговечность, и качество его работы.

УСТАНОВКА, МОНТАЖ И ПОДКЛЮЧЕНИЕ

Установка акустических извещателей производится на стены, потолок или откосы оконного проема. Такое размещение возможно для всех моделей, необходимо только учесть следующие моменты:

• расстояние до самой дальней точки контролируемой конструкции не должно превышать паспортной дальности действия извещателя;
• между датчиком и контролируемой поверхностью не должно находиться посторонних предметов типа штор и жалюзей;
• доступ к извещателю должен быть удобным, индикаторы хорошо видны — его же еще обслуживать.

Небольшой совет — если крышка извещателя фиксируется при помощи защелки, то предусмотрите возможность последующего удобного доступа к фиксатору. Это не мелочь, поскольку, например, установив датчик на стену защелкой вплотную к потолку вы доставите себе или тем кто впоследствии будет обслуживать систему сигнализации достаточно серьезные проблемы.

При подключении к шлейфу сигнализации проводного датчика обеспечьте небольшой запас проводов — если вы подключите их «в натяг» то:

• во первых — при отключении/подключении датчика делать это будет неудобно;
• во-вторых — если провод в процессе монтажа или эксплуатации обломится, то его наращивание отнимет у вас много времени и нервов.

Где купить

Приобрести датчики звука можно как в специализированном магазине, так и онлайн в Интернет-магазине. Во втором случае, особого внимания заслуживает бюджетный вариант приобретения изделий на сайте Алиэкспресс. Для некоторых товаров есть вариант отгрузки со склада в РФ, их можно получить максимально быстро, для этого при заказе выберите «Доставка из Российской Федерации»:

Калибровка датчика звука

Для получения точных показаний с вашего звукового датчика, рекомендуется сначала его откалибровать.

Для калибровки цифрового выхода (OUT) модуль содержит встроенный потенциометр.

Поворачивая движок потенциометра, вы можете установить пороговое значение. Таким образом, когда уровень звука превышает пороговое значение, светодиод статуса загорается, а на цифровой выход (OUT) выдается низкий логический уровень.

Теперь, чтобы откалибровать датчик, хлопайте рядом с микрофоном и подстраивайте потенциометр, пока вы не увидите, что светодиод состояния на модуле мигает в ответ на ваши хлопки.

Теперь ваш датчик откалиброван и готов к использованию.

Достоинства и недостатки

Главные плюсы датчика шума для включения света:

• Существенное снижение энергопотребления системы подсветки.
• Уменьшение затрат на замену перегоревших лампочек.
• Доступная стоимость. Установка даже дорогих моделей быстро окупается в расчете на два выше приведенных преимущества.
• Приемлемый радиус действия — так, что прибор слышит шаги приближающегося человека с противоположного конца цеха, зала, длинного коридора.
• Большой выбор разнообразных моделей.
• Регулируемые параметры чувствительности и задержки времени отключения.

Из недостатков работы оборудования выделяется некорректная работа в условии наличия фоновых звуков, включая ложные срабатывания или полностью неработающее состояние. Подобные минусы чаще всего проявляются в очень шумной обстановке или у дешевых моделей.

Как сделать своими руками

Далеко не у всех есть возможность купить заводской звуковой детектор включения света. Однако при желании, наличии опыта в сборке радиотехнических схем и доступе к расходным материалам, его можно вполне быстро изготовить своими руками. Рассмотрим самые доступные варианты.

На акустическом реле и триггере

Наиболее простая схема на одном транзисторе. Она включает два акустических реле и триггер.

Акустический компонент

В качестве транзистора подойдет доступный МП 39 на германии. Его легко найти в старой технике. Далее потребуется аудиоприемник. Это может быть, к примеру, микрофон старого дискового телефона.

Преимущество такого старинного угольного приемника звука в том, что он обладает высоким порогом чувствительности, но при этом имеет минимальную пропускную частоту. Это значит, что посторонние звуковые колебания попросту не будут улавливаться собираемым прибором.

Для питания схемы также понадобится трансформатор постоянного тока на 9–12 вольт. Собирать и крепить все компоненты лучше на макетной или печатной плате. В собранном виде она будет функционировать следующим образом:

1. При появлении звука сопротивление в радиомикрофоне понижается.
2. Начинает действовать конденсатор C1.
3. Из него ток поступает на транзистор.
4. Далее происходит усиление сигнала.
5. После этого компонент C2 с помощью транзисторного коллектора удваивает напряжение.
6. На базу транзистора посредством R3 поступает двойное напряжение.
7. Открытый транзистор функционирует в качестве усилителя.
8. В завершении ток поступает на P1 для соединения контактов для светильника KP1.

Если звука нет, подача переменного тока исчезает и транзистор пребывает в полуоткрытой форме.

Триггер

Триггер выполняет функцию выключателя по следующему алгоритму:

• Заходя в помещение, пользователь издает звук — лампочка зажигается.
• Выходя оттуда, он опять издает звук — лампочка отключается.

При подборе компонентов схемы, выбирать лучше версии, способные выдерживать 220 В. Это правило касается диодов и конденсатора C1.

Функционирование схемы происходит по следующему алгоритму:

1. Возникает звук — замыкается контакт KP1.
2. Происходит зарядка конденсатора C1.
3. Проходящий через него электрический ток переводит положение якоря в противоположное положение.
4. Зажигается Л1.
5. Осуществляется блокировка реле под действием диода D1.
6. Одновременно с этим D2 готов к работе.
7. При повторном появлении звука срабатывает второй диод D2.
8. Благодаря ему якорь помещается в нулевое положение и свет тухнет (Л1).

Если требуется работа лишь одной лампочки, вместо Л2 в схеме нужно установить резистор и конденсатор.

Три транзистора

Для более опытных пользователей доступно изготовление самодельного датчика по несколько усложненной схеме. Ее особенность в том, что она сама по первому звуковому сигналу как включает, так и выключает освещение — по второму.

В цепи применяются транзисторы типа КТ818 и КТ315. Достать их можно в любом магазине радиодеталей. Дальность действия устройства на них достигает 2-х метров — при условии питания 9-вольтовым напряжением. Однако при его повышении или понижении чувствительность повышается или снижается, соответственно.

В качестве аудиоприемника используется электродинамический микрофон. При этом реле и конденсатор должны быть рассчитаны на 220 вольт. Сборка осуществляется также, как и в выше описанной версии, на плате — печатного или макетного типа. Для подачи питания применяется блок питания на 9–15 вольт.

С микросхемами

Это наиболее сложный, хотя и интересный для опытных радиолюбителей вариант схемы датчика. Основан он на микросхеме. Два существенных отличия от выше рассмотренных версий — это отсутствие внешнего блока питания и установка тиристора вместо электромагнитного реле.

Преимущество

В отличие от реле тиристор не имеет ограничений по числу срабатываний. Кроме того, он имеет существенно меньшие размеры. Значит, прибор получится более компактным, легким и универсальным. Дальность действия устройства сильнее — до 6 метров. При этом оптимальная мощность ламп — 60–70 ватт. К тому же оборудование предохраняется от фоновых помех.

Как повысить мощность

Как видно, детектор рассчитан на светильники средней силы. Если для домашних нужд этого вполне достаточно, на производстве, в мастерской и общественном месте этого будет мало. Поэтому при использовании светоисточников повышенной мощности диоды с VD2 по VD5, а также сам тиристор VS1 требуется установить на радиаторы. Это снизит их нагрев и позволит обслуживать более мощные светильники.

При этом радиаторы должны иметь электроизоляцию! Помимо этого, места контактирования их с другими компонентами схемы должны быть защищены. Это обеспечит наилучшую электропроводность и качество работы прибора.

Работа схемы

В изначальных версиях схемы реле срабатывало на голос человека или иной звуковой сигнал, например, хлопки. Однако удобнее, когда прибор реагирует на заданный уровень звука. Чтобы обеспечить ему такую функцию, потребуется несколько изменить схему реле:

• К транзистору VT3 подсоединяется выход от 1-го триггера, а выход делается так, чтобы другая половина схемы не работала (13 вывод подключается сразу к R7).
• Далее вибратор генерирует полусекундный импульс. Именно на такой отрезок времени зажигается свет.
• Теперь чтобы решить проблему стабильности подсветки, необходимо начать плавно изменять емкость конденсатора С4 или сопротивление резистора R6. Для увеличения времени задержки необходимо повышать показатели, для понижения — уменьшать.
• Процедура выполняется до тех пор, пока полученный результат не станет удовлетворительным в данных условиях.

Чтобы облегчить труд по настройке, можно воспользоваться известной закономерностью для расчета: T=C×R. Где Т — время задержки в сек., С — емкость конденсатора в Ф, R — сопротивление в Ом, × — знак умножения. Например, чтобы подсчитать требуемое сопротивление резистора для заданного времени задержки, необходимо выполнить следующие расчеты по формуле R=T/C.

Допустим Т = 90 сек., а емкость конденсатора 200 мкФ (или 200×10−6), тогда, согласно формуле, — 90/200×10−6 =450000 Ом или 450 кОм.

Как работают акустические датчики управления освещением

Основная цель акустического реле — экономия электроэнергии

Держать включенным освещение нужно только в том случае, если в помещении или на площадке, где оно смонтировано, присутствуют люди. Исключение составляют только дежурные светильники, предназначенные для того, чтобы можно было заметить несанкционированное проникновение на территорию.

Дома оно не применяется. Для того чтобы зафиксировать появление людей, и чтобы лампы работали только в их присутствии, и предназначены датчики акустические для освещения.

Условно датчики можно разделить на два типа:

1. срабатывающие на любой шум, это подавляющие большинство акустических реле промышленного изготовления;
2. реагирующие на звуковые команды, таких реле меньше и чаще они самодельные.

Рассмотрим каждый тип по отдельности.

Реагирующие на шум

Чаще всего для освещения акустический датчик монтируют на лестничных площадках и коридорах. В доме их устанавливать бесполезно, кроме комбинации с реле задержки отключения в санузлах и ванных (этот вариант мы рассмотрим тоже).

Если человек передвигается, то он обязательно издает звуки, пусть даже и негромкие, конечно, если нет задачи пройти бесшумно. Это стук открывающейся или закрывающейся двери, шум шагов разговоры (и даже сработавшего замка). Их и фиксирует датчик.

Совместная работа с освещением его основана на следующем принципе. Например, датчик шумовой для освещения смонтирован на лестничной площадке (о том, где их лучше устанавливать, а где нежелательно расскажем ниже), возможны два варианта.

Первый вариант

1. Человек вошел в двери.
2. Акустический датчик услышал шум и дал приказ на включение освещения.
3. Пока мы идем (если только стараемся не скрывать свои шаги как ниндзя), он слышит шум и оставляете свет включенным.
4. Последний звук — закрытая дверь, освещение отключено.

Второй вариант

1. Реле слышит звук (шаги, замок, скрип двери, разговор), подается команда на реле задержки времени и одновременно включается освещение.
2. После того как прошло заложенное в реле задержки время (одно должно быть достаточным для того, чтобы пройти коридор или лестничную площадку) освещение выключается.

Функция задержки может быть встроена как в само акустическое реле (большинство моделей), так и выполнятся с помощью дополнительных узлов.

Надо отметить, что и в первый вариант работы реле может включаться реле задержки, но только не выключения, а включения. Это делается для того чтобы защититься от ложных срабатываний. То есть освещение не включается от кратковременного шума (например, удара грома на улице или сигнала автомашины), необходимо чтобы звук продолжался в течение некоторого времени.

Реле, реагирующее на шум, имеет как достоинства, так и недостатки.

Достоинства

1. Реле, как правило, несложное, а значит цена на него небольшая.
2. В отличие от датчиков движения оно не срабатывает при передвижении домашних животных и грызунов и на электромагнитные наводки.

Минусы

• Чтобы избежать включения в светлое время суток освещение его нужно включать либо вручную, либо с помощью таймера. Возможен вариант установки датчика освещенности на улице.

Совет. Лучше совместно с акустическим реле монтировать не простой таймер, который включает и выключает его, например, в шесть вечера и восемь утра, а астрономическое реле. Это устройство при введенных географических координатах учитывает движение солнца. Например, разрешает включать реле звука за полчаса до заката и выключает через четверть часа после рассвета, вне зависимости от времени года.

• Акустическое реле нельзя установить в жилых комнатах, так как освещение будет выключаться, например, после того, как вы устроитесь с книгой на диване и не будете издавать никаких звуков.
• Реле плохо работает, точнее, постоянно включается, если большой уровень фонового шума. Например, нельзя его установить в подъезде, который выходит на шумную улицу.

Реле, реагирующее на команды

В простейшем случае это может быть звук гораздо громче, чем те, которые могут быть слышны при обычном присутствии людей в комнате. Например, хлопок в ладоши.

Автор этой статьи собирал подобную конструкцию в детстве, посещая дом пионеров. Такое реле фактически представляет собой обычное реле шума, только порог его срабатывания выше и оно различает минимум две команды.

Например, хлопнули один раз, свет зажегся, два раза погас. Его вполне можно устанавливать в жилых помещениях, правда, все-таки наверно удобнее пользоваться обычным выключателем, чем постоянно хлопать.

В более сложном варианте можно собрать устройство, которое будет различать голосовые команды. То есть реле будет различать речь, так как браузер различает «О’ Кей Гугл». Правда, промышленных вариантов этого реле пока нет в продаже.